CN102775047B - 玻璃模具的双金属口模及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种玻璃模具的双金属口模及其制备方法，属于玻璃模具及其制备方法领域。包括口模基体和镍基合金镶块，镍基合金镶块以独立的部件结合于内腔内，且在该镍基合金镶块背对镍基合金镶块腔的一侧构成有一组榫，该组榫在口模基体成形时以榫卯配合的方式与口模基体的内腔构成一体，口模基体为铜合金，该口模基体的化学元素组成为：铝、锌、镍、硅、锰、铁，其余为铜；镍基合金镶块的化学元素组成为：碳、硅、铬、铜、钒、硼、铁，其余为镍。优点：起到理想的耐高温、抗氧化、抗蠕变、抵抗瞬时热冲击和耐磨性能，确保口模的使用寿命；满足高机速的玻璃容器制造要求；满足工业化生产要求及节约能源；降低工人的操作强度和避免受人为因素的影响。

Description

玻璃模具的双金属口模及其制备方法

技术领域

本发明属于玻璃模具及其制备方法技术领域，具体涉及一种玻璃模具的双金属口模，并且还涉及其制备方法。

背景技术

如业界所知，玻璃模具是制造玻璃容器的重要装备，而口模又是玻璃模具组件中控制玻璃容器口部成型的重要部件，由于口模的内腔（习惯称口模腔）与口环、套筒和冲头等配合，而外部即背对内腔的一侧又与初模相配合，因此在成套玻璃模具的所有部件中，口模的配合面堪称是最多的，并且精度要求严苛，结构相对复杂。又，由于在玻璃容器的制造过程中，玻璃熔体在温度只有在自1000℃降至600℃左右时才能保证玻璃坯料即玻璃容器雏形从初模中取出，经倒立和翻转（通常为180°）而运送到成型模成型，在该过程中必须保证玻璃容器雏形在自身的重量下（自重力下）不能出现变形，因此要求口模具有良好的导热性而藉以使玻璃熔体迅速冷却；同时要求口模的内腔具有优异的冷热交替的耐疲劳性能和耐磨性能，更具体地讲，由于口模长期在1000-600℃之间承受着温度交替的影响，因此要求其材质具有较强的抗氧化性能以及高温抗蠕变性能。特别是随着玻璃容器制造机械的速度不断提高，对口模的这种性能也日益严苛，以玻璃容器制造机械的机速8次/min为例，那么口模对玻璃容器雏形的口部成型的时间约为3-8S左右。

将口模本体的材料采用铜合金而藉以保障良好的热传递效果并且将填充到口模本体的内腔内的材料采用镍基合金而藉以保障耐高温、抗氧化和抗蠕变性能是目前业界形成的共识。

已有技术通常采用等离子喷焊方式将镍基合金材料结合到口模本体的内腔，即在内腔形成镍基合金层，但是喷焊工艺存在以下缺憾：其一，由于等离子喷焊工艺要求严苛和技术难度较大，因此喷焊质量难以保证，例如在使用过程出现喷焊层开裂是司空见惯的；其二，喷焊效率低下，不利于满足工业化放大生产要求；其三，喷焊作业人员劳动强度大；其四，由于在喷焊前需对口模预热，因此往往随同模具入炉预热，从而浪费能源；其五，由于需要投入专用的喷焊设备并且需要具有熟练技能者操作，因此不仅增加设备投资而导致模具成本显著增大，而且质量的一致性难以保障，因为纵使同一操作者，往往会因其经验差异、责任感强弱差异、情绪和/或精神状态的不同或称变化而产生不同的喷焊质量；其六，由于喷焊到内腔中的镍基合金层因其自身有失致密而出现不均匀、焊斑、气孔和裂纹等，从而并不能使口模的使用寿命达到令人期望的程度。此外，作为口模本体的铜合金材料的化学元素及其质量%的含量也通常被业界忽视，然而如果要使口模本体获得理想的导热性能，则其化学元素及其合理的质量%是一个不可偏废的重要因素。

鉴于上述已有技术存在的弊端，本申请人作了长期而有益的尝试，终于找到了解决问题办法，形成了下面将要介绍的技术方案。

发明内容

本发明的任务在于提供一种无需依赖等离子喷焊的作业方式而将镍基合金层与口模基体的内腔可靠结合避免开裂而藉以使镍基合金层的耐高温、抗氧化、抗蠕变、抵抗瞬时热冲击和耐磨性能得以充分体现和有利于保障口模基体得以快速地将热量向外界传递扩散而藉以满足玻璃机械成型机的高机速要求并且确保使用寿命的玻璃模具的双金属口模

本发明的另一任务在于提供一种有助于提高制造效率而藉以满足工业化放大生产要求、有利于降低工人的操作强度、有益于避免受人为操作因素影响而藉以确保质量的一致性效果、有善于节约能源和有便于保障所述玻璃模具的双金属口模的技术效果的全面体现的玻璃模具的双金属口模的制备方法。

本发明的任务是这样来完成的，一种玻璃模具的双金属口模，包括口模基体和结合于口模基体的内腔内的镍基合金镶块，所述的镍基合金镶块以独立的部件结合于所述内腔内，并且在该镍基合金镶块背对镍基合金镶块腔的一侧以间隔状态构成有一组榫，该组榫在所述口模基体成形时以榫卯配合的方式与口模基体的所述内腔构成为一体，所述的口模基体为铜合金，并且该口模基体的化学元素组成及其质量%为：8-10%的铝，7.5-9.5%的锌，14-16%的镍，＜0.1%的硅，＜0.1%的锰，＜1.5%的铁，其余为铜；所述的镍基合金镶块的化学元素组成及其质量%为：＜0.22%的碳，2.5-3.5%的硅，＜0.5%的铬，＜0.2%的铜，＜0.5%的钒，1.5-2%的硼，≤1%的铁，其余为镍。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的口模基体和所述的镍基合金镶块的厚度比为8-12∶1。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的榫的长度为所述镍基合金镶块的厚度的二分之一。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的榫呈英文字母的T字形的形状。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种玻璃模具的双金属口模的制备方法，包括以下步骤：

A）获取镍基合金镶块，按照设计的工艺要求以精密铸造方式或作为外协件的购买方式获取镍基合金镶块，在该镍基合金镶块的背对镍基合金镶块腔的一侧以间隔状态构成有一组榫，并且对获取的镍基合金镶块进行表面清洁，清洁后烘干，待用；

B）熔炼，先将铝板、锌板、镍板、锰铁、硅铁和铁板投入中频炉内加热熔化，再加入铜板，待铜板充分熔化后进行扒渣，再取样分析并且调整化学元素的质量%含量，得到铜合金熔液；

C）浇前准备，先在由步骤A）得到的镍基合金镶块的具有所述榫的一侧的表面涂抹抗氧化涂料，再送入炉内并且在保护气氛中预热，出炉后定位到位于砂箱内的并且具有保温冒口和底浇道的砂型中；

D）铸造成型，将由步骤B）得到的铜合金熔液自所述底浇道浇入到砂型中，浇毕，在保温冒口上覆盖保温粉保温，待冷却后开启砂箱，得到口模基体的内腔结合有镍基合金镶块的玻璃模具的双金属口模。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤A）所述的表面清洁是采用质量百分比浓度为99%的无水乙醇对镍基合金镶块的表面进行擦试，时间为5-10min，所述的烘干的时间为30-60min，烘干温度为200-300℃，并且对镍基合金镶块的化学元素组成及其质量%含量控制为：＜0.22%的碳，2.5-3.5%的硅，＜0.5%的铬，＜0.2%的铜，＜0.5%的钒，1.5-2%的硼，≤1%的铁，其余为镍。

在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤B）中所述的调整化学元素的质量%含量是将化学元素的质量%含量调整为：8-10%的铝，7.5-9.5%的锌，14-16%的镍，＜0.1%的硅，＜0.1%的锰，＜1.5%的铁，其余为铜。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤B）中所述的加热熔化的温度为1300-1320℃。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤C）中所述的抗氧化涂料由以下按重量份数配比的原料构成：乙醇85-90份、铝矾土4-6份和锆英粉8-10份，其中乙醇为无水乙醇，所述的保护气氛的气体为氩气或氮气；所述的炉为马弗炉；所述在保护气氛中预热的预热温度为500-800℃。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，步骤D）中所述的保温粉为草木灰；步骤C）和D）中所述的砂型为碱性酚醛树脂砂型。

本发明提供的技术方案具有以下技术效果：其一，由于摒弃了已有技术中依赖等离子喷焊，从而能使镍基合金镶块以独立的结构形式与口模基体可靠结合，使镍基合金镶块避免开裂而起到理想的耐高温、抗氧化、抗蠕变、抵抗瞬时热冲击和耐磨性能，确保口模的使用寿命；其二，由于口模基体化学元素选择及配方合理，因而可保障快速将热量向外界传递的效果而满足高机速的玻璃容器制造要求；其三，提供的制备方法工艺步骤简练并且能满足工业化生产要求以及得以节约能源；其四，提供的制备方法有助于降低工人的操作强度和避免受人为因素的影响。

附图说明

图1为本发明的玻璃模具的双金属口模的截面示意图。

图2为图1所示的镍基合金镶块的端面示意图。

图3为本发明的双金属口模的制备过程示意图。

具体实施方式

实施例1：

请见图1至图3。

以制备口模基体1与镍基合金镶块2的厚度比为8∶1并且镍基合金镶块2的内径为42㎜以及高度为30㎜的玻璃模具的双金属口模为例。

A）获取镍基合金镶块2，按照用于制造玻璃容器如红酒瓶的模具的工艺要求以精密铸造方式制取镍基合金镶块2，具体是：按照图纸要求设计出相应尺寸的木模图纸，铸造出具有相应尺寸的精密的镍基合金镶块2，镍基合金镶块2的化学元素组成及其质量%为： 0.20%的碳， 3.5%的硅，0.3%的铬，0.1%的铜，0.3%的钒，1.5%的硼，0.7%的铁，其余为镍，得到由图2所示的在背对镍基合金镶块腔21的一侧以间隔状态构成有三个长度为镍基合金镶块2的厚度的二分之一的并且形状呈英文字母的T字形的榫22的镍基合金镶块2，在本实施例中，镍基合金镶块2的厚度为8㎜，而后用质量百分比浓度为99%的乙醇即采用无水乙醇对镍基合金镶块2的所有表面（包括榫22的表面）擦试10min，具体可用摄子夹取清洁棉球如医用棉球蘸取无水乙醇进行擦试，擦试结束后放入干燥箱烘干，烘干时间为60min，烘干温度为200℃；

B）熔炼，先将铝板、锌板、镍板、锰铁、硅铁和铁板投入中频炉内加热至1300℃熔化，再加入铜板，待铜板全部熔化后进行扒渣，再取样分析并且将化学元素的质量%调整为： 10%的铝，7.5%的锌，16%的镍，0.05%的硅，0.09%的锰，1%的铁，其余为铜，得到铜合金熔液；

C）浇前准备，先在由步骤A）得到的镍基合金镶块2的具有所述榫22的一侧的表面涂抹抗氧化涂料，抗氧化涂料由以下按重量份数配比的原料构成：无水乙醇85份、铝钒土6份和锆英粉9份，再送入功率为5KW并且加热温度区间为0-1200℃的马弗炉内预热，向马弗炉内引入作为保护气体的氩气，预热温度为800℃，出马弗炉后将其定位到位于由图3所示的砂箱3内的并且具有保温冒口311和底浇道312的砂型31中，砂型31优选采用PET-SET碱性酚醛成型（即碱性酚醛树脂砂型）的具有高强度的砂型，砂型终强度在0.8MPa以上；

D）铸造成型，将由步骤B）得到的铜合金熔液自所述的底浇道312浇入到前述的砂型31中，浇毕，在保温冒口311上覆盖保温粉即草木灰进行保温，待冷却后开启砂箱3，得到由图1所示的在口模基体1的内腔11结合有镍基合金镶块2的玻璃模具的双金属口模，该玻璃模具的双金属口模的口模基体的厚度为64㎜，而镍基合金镶块的厚度为8㎜。

实施例2：

仅将步骤A）中的镍基合金镶块2的化学元素组成及其质量%改为0.22%的碳、2.5%的硅、0.4%的铬、0.2%的铜、0.4%的钒、2%的硼和0.5%的铁，其余为镍，将镍基合金镶块2的厚度改为6㎜，榫22的长度改为3㎜，将擦试时间改为5min，然后入干燥箱烘干45min，烘干温度为250℃；将步骤B）中所述的中频炉内加热的加热温度改为1320℃，将化学元素的质量%改为：8%的铝、8%的锌、14%的镍、0.08%的硅、0.07%的锰和1.5%的铁，其余为铜；将步骤C）中的构成抗氧化涂料的原料的质量百分数改为：无水乙醇90份、铝钒土5份和锆奂粉10份，预热温度改为500℃，将保护气体改为氮气；将步骤D）中的口模基体1的厚度改为72㎜（与镍基合金镶块的厚度比为12∶1），其余均同对实施例1的描述。

实施例3：

仅将步骤A）中的镍基合金镶块2的化学元素组成及其质量%改为0.18%的碳、3%的硅、0.45%的铬、0.15%的铜、0.45%的钒、1.8%的硼和0.9%的铁，其余为镍，将镍基合金镶块2的厚度改为8㎜，榫22的长度改为4㎜，将擦试时间改为8min，烘干时间改为30min，烘干温度为300℃；将步骤B）中所述的中频炉内加热的加热温度改为1310℃，将化学元素的质量%改为：9%的铝、9.5%的锌、15%的镍、0.06%的硅、0.05%的锰和1.2%的铁，其余为铜；将步骤C）中的构成抗氧化涂料的原料的质量百分数改为：无水乙醇88份、铝钒土4份和锆奂粉8份，预热温度改为650℃；将步骤D）中的口模基体1的厚度改为60㎜（与镍基合金镶块的厚度比为10∶1），其余均同对实施例1的描述。

Claims (10)

1.一种玻璃模具的双金属口模，包括口模基体(1)和结合于口模基体(1)的内腔(11)内的镍基合金镶块(2)，其特征在于所述的镍基合金镶块(2)以独立的部件结合于所述内腔(11)内，并且在该镍基合金镶块(2)背对镍基合金镶块腔(21)的一侧以间隔状态构成有一组榫(22)，该组榫(22)在所述口模基体(1)成形时以榫卯配合的方式与口模基体(1)的所述内腔(11)构成为一体，所述的口模基体(1)为铜合金，并且该口模基体(1)的化学元素组成及其质量%为：8-10%的铝，7.5-9.5%的锌，14-16%的镍，＜0.1%的硅，＜0.1%的锰，＜1.5%的铁，其余为铜；所述的镍基合金镶块(2)的化学元素组成及其质量%为：＜0.22%的碳，2.5-3.5%的硅，＜0.5%的铬，＜0.2%的铜，＜0.5%的钒，1.5-2%的硼，≤1%的铁，其余为镍。

2.根据权利要求1所述的玻璃模具的双金属口模，其特征在于所述的口模基体(1)和所述的镍基合金镶块(2)的厚度比为8-12∶1。

3.根据权利要求1所述的玻璃模具的双金属口模，其特征在于所述的榫(22)的长度为所述镍基合金镶块(2)的厚度的二分之一。

4.根据权利要求1或3所述的玻璃模具的双金属口模，其特征在于所述的榫(22)呈英文字母的T字形的形状。

5.一种如权利要求1所述的玻璃模具的双金属口模的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A）获取镍基合金镶块(2)，按照设计的工艺要求以精密铸造方式或作为外协件的购买方式获取镍基合金镶块(2)，在该镍基合金镶块(2)的背对镍基合金镶块腔(21)的一侧以间隔状态构成有一组榫(22)，并且对获取的镍基合金镶块(2)进行表面清洁，清洁后烘干，待用；

B）熔炼，先将铝板、锌板、镍板、锰铁、硅铁和铁板投入中频炉内加热熔化，再加入铜板，待铜板充分熔化后进行扒渣，再取样分析并且调整化学元素的质量%含量，得到铜合金熔液；

C）浇前准备，先在由步骤A）得到的镍基合金镶块(2)的具有所述榫(22)的一侧的表面涂抹抗氧化涂料，再送入炉内并且在保护气氛中预热，出炉后定位到位于砂箱(3)内的并且具有保温冒口(311)和底浇道(312)的砂型(31)中；

D）铸造成型，将由步骤B）得到的铜合金熔液自所述底浇道(312)浇入到砂型(31)中，浇毕，在保温冒口(311)上覆盖保温粉保温，待冷却后开启砂箱(3)，得到口模基体(1)的内腔(11)结合有镍基合金镶块(2)的玻璃模具的双金属口模。

6.根据权利要求5所述的玻璃模具的双金属口模的制备方法，其特征在于步骤A）所述的表面清洁是采用质量百分比浓度为99%的无水乙醇对镍基合金镶块(2)的表面进行擦试，时间为5-10min，所述的烘干的时间为30-60min，烘干温度为200-300℃，并且对镍基合金镶块(2)的化学元素组成及其质量%含量控制为：＜0.22%的碳，2.5-3.5%的硅，＜0.5%的铬，＜0.2%的铜，＜0.5%的钒，1.5-2%的硼，≤1%的铁，其余为镍。

7.根据权利要求5所述的玻璃模具的双金属口模的制备方法，其特征在于步骤B）中所述的调整化学元素的质量%含量是将化学元素的质量%含量调整为：8-10%的铝，7.5-9.5%的锌，14-16%的镍，＜0.1%的硅，＜0.1%的锰，＜1.5%的铁，其余为铜。

8.根据权利要求5所述的玻璃模具的双金属口模的制备方法，其特征在于步骤B）中所述的加热熔化的温度为1300-1320℃。

9.根据权利要求5所述的玻璃模具的双金属口模的制备方法，其特征在于步骤C）中所述的抗氧化涂料由以下按重量份数配比的原料构成：乙醇85-90份、铝矾土4-6份和锆英粉8-10份，其中乙醇为无水乙醇，所述的保护气氛的气体为氩气或氮气；所述的炉为马弗炉；所述在保护气氛中预热的预热温度为500-800℃。

10.根据权利要求5所述的玻璃模具的双金属口模的制备方法，其特征在于步骤D）中所述的保温粉为草木灰；步骤C）和D）中所述的砂型(31)为碱性酚醛树脂砂型。

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